磁悬浮变频驱动离心式冷水机组经济性分析

屈玲蕾

（1.美国CMC建筑与规划事务所，上海 200122；2.上海励翔建筑设计事务所，上海 200122）

磁悬浮变频驱动离心式冷水机组经济性分析

屈玲蕾1，2

（1.美国CMC建筑与规划事务所，上海 200122；2.上海励翔建筑设计事务所，上海 200122）

选用高效的冷水机组是空调系统节能减排的有效途径。磁悬浮变频驱动离心式冷水机组有着较高的综合部分负荷效率。文章针对医院空调系统，依据整个制冷期内空调冷负荷的变化，通过对冷水机组的选型分析，结合工程实例，对磁悬浮变频驱动离心式冷水机组进行简单的经济性分析及CO2减排量的计算。

空调系统；综合部分负荷效率（IPLV）；变频；经济性；减排

医院空调系统的能耗占据了整个医院能耗的50%左右，所以医院节能从空调着手，创建一个节能减排、绿色环保的医院是非常必要的。而空调冷水机组的能耗又占据了整个空调系统能耗的50%左右，所以如何降低空调的能耗，选用高效的冷水机组是一个非常有效的途径。而如何判断冷水机组是否高效？采用冷水机组满负荷时的COP值来判断只是其中之一，医院空调大部分时间是运行在部分负荷之中，所以冷水机组在整个空调运行期的综合效率（综合部分负荷效率（IPLV））才能真实体现冷水机组的节能性。磁悬浮变频驱动离心式冷水机组（以下简称磁悬浮冷水机组）有着极高的综合部分负荷效率（IPLV），我单位在一个工程实例中运用了这项新型的节能设备。

1.工程概况

工程位于河南省郑州市，河南省肿瘤医院新建病房综合楼，需要配套空调系统。该楼总建筑面积113514m2，由手术部、ICU、层流病房、中心供应、中心配置、病理科、医技、病房等组成。根据医院不同部门的工作性质和使用情况，把整个医院的空调分为三个大系统，其一为洁净空调系统（主要用于手术部、层流病房等）、其二为变频多联机系统（用于医技部门）、其三为主系统舒适性空调系统。按这三个系统分别选用不同的空调冷（热）源。

通过计算，该医院夏季空调总冷负荷10760.04kW。医技室内空调冷负荷80.7kW由变频多联机（VRV）系统承担；洁净空调冷负荷2888.0kW由热泵（带热回收）系统承担，其中舒适性空调冷负荷7791.34kW由冷水机组承担。本工程选用了二台离心式冷水机组（每台700RT），三台磁悬浮冷水机组（每台287RT），能够较好满足工程需要。

2.磁悬浮冷水机组简单介绍

磁悬浮冷水机组，采用领先的磁悬浮和无极变速技术，无油润滑，超低振动，可延长压缩机的使用寿命。

磁悬浮离心压缩机具有磁性轴承，轴与轴承无接触转动，减小了由于齿轮传动产生的能量损耗，压缩机配备永久磁性同步电动机，可以实现变速运行，压缩机可在接近零负荷的工况下稳定运行。

机组使用的是不会被淘汰、不对臭氧层有潜在破坏的R134a环保制冷剂。

磁悬浮冷水机组采用控制逻辑，压缩机通过在部分负荷下实现变速运行来调节机组输出冷量，其综合部分负荷效率（IPLV）指标达到10.0（目前大多数恒速离心机的综合部分负荷效率（IPLV）指标约 5.6）。

3.冷水机组选型分析

医院的空调系统冷负荷不同时段负荷变化很大，而中央空调冷水机组的冷量匹配往往是能满足建筑物的最大负荷需求。根据ARI（美国制冷学会）发布的空调负荷全年分布统计可以看出，中央空调冷水机组在80%以上的运行时间内运行在部分负荷状态。

空调负荷全年分布

对于医院建筑空调系统，其运行更为复杂。如门诊、病理科为白天运行，急诊为24小时连续运行，病房为晚上低负荷运行，手术室、ICU为全年运行，各部门都有不同要求。另外一些部门需要提前供冷或供热，延迟停止供冷或供热，造成峰谷负荷相差较大。正是基于这一点，给磁悬浮冷水机组提供了广泛的应用天地。在任何运行工况、任何时刻下，磁悬浮冷水机组都能充分发挥部分负荷高效节能的作用，从而避免了恒速离心机组在低负荷高能耗工况下运行，大大节省了整个空调工程的运行费用。

针对该工程，如何合理选用冷水机组（单台制冷能力和选用台数）对运行中的节能至关重要。本工程舒适性空调主要服务于病房，由于在夜间，人员活动减少，所以新风需求也相对减少，一般病房夜间的负荷约为白天的60%以下。在整个制冷期，空调最小负荷出现在空调系统运行的初始期和末期，此时空调负荷约占总负荷的30%。该医院舒适性空调冷负荷7791.34kW（2216RT），最大负荷时的夜间负荷约为1329RT，空调最小负荷约为664RT。选用冷水机组的原则是大、小搭配，尽可能满足不同负荷段的需求，极大提高单台机组的效率[1]。

通过对实际负荷需求的分析，设计者认为在空调运行的初始期和末期，主要运行磁悬浮冷水机组，负荷增加时，磁悬浮冷水机组以调节负荷运行为主。按现选机组的配备，在整个制冷期内，冷水机组可以把负荷分为九级进行调节运行（不包括磁悬浮冷水机组自行的调节）。我们选用二台离心式冷水机组（每台700RT），三台磁悬浮冷水机组（每台287RT，共861RT，该机组单台最大制冷能力偏小）。冷水机组这样选型也避免了由变频机组切换到定频机组时出现的负荷空隙区[2]。

4.磁悬浮冷水机组的运行费用分析比较

4.1机组情况

此次工程选用了三台287RT磁悬浮冷水机组，现与一台450RT及一台400RT定频离心式冷水机组进行运行比较。

4.2分析比较的依据[3][4]

仅对三台287RT磁悬浮冷水机组和二台定频离心式冷水机组的能耗计算，而其余相同的定频离心式冷水机组、末端设备等部分的能耗不予计算。

仅对850RT冷负荷配机按全年的冷负荷进行比较推算（该方案定频机组全年基本上为高效率运行）机组运行时间为：110天（甲方提供的当地空调制冷天数）电费按0.8元/kW·h计算（参照目前河南省电网销售电价）

4.3全年空调负荷计算

以ARI（美国制冷学会）统计的空调负荷全年分布数据为依据

空调负荷全年统计

4.4投资经济性分析

参照厂商提供的相关参数，287RT变频机组的IPLV为10.0，450RT和400RT定频机组的IPLV为5.6。

冷水机组全年所耗功率N=全年总负荷kW/该机组的IPLV值

参照厂商提供的相关数据：单台287RT磁悬浮冷水机组的初投资为RMB99万元，单台400RT定频离心式冷水机组的初投资共为RMB70万元，单台450RT定频离心式冷水机组的初投资共为RMB65万元。

冷水机组的使用寿命按20年计。

建筑面积、人员工资、维护费用不作比较。

运行经济分析对比表

变频机组回收投资的时间约为9年（在电费9年内不涨价的前提下，电价若上涨，则能提前收回投资）。

5.CO2减排分析

参照按中国绿色低碳住区减炭技术评估框架体系中的单位建筑面积CO2排放量的基准值公式，可以得出采用磁悬浮变频离心式冷水机组后减排的量。[5]

式中：

Qrh——参考建筑单位面积全年耗热量GJ/m2

Qrc---参考建筑单位面积全年耗冷量GJ/m2

Qrhw——参考建筑单位面积全年生活热水耗热量GJ/m2

COPrh——以热泵作为参考采暖空调系统的供热季平均性能系数

COPrc——以热泵作为参考采暖空调系统的供冷季平均性能系数

ωc，电---电的CO2排放指标 0.95kg/(kW·h)

（2）单位建筑面积CO2排放量的实际值Pec，实际值Pec的计算参照基准值计算公式。

在该项目中只做了制冷的比较，即在制冷期节能减排44%，CO2的排放量减少309T/n

6.分析与小结

在销售和购买冷水机组的过程中，商家和用户往往十分重视冷水机组的一次性投资，却忽略了冷水机组的运行费用巨大这一事实。以冷水机组的平均使用寿命25年计，使用磁悬浮冷水机组，可为用户节省超过652.5万元的电费（在电费25年不涨价的前提下）。目前由于磁悬浮变频驱动技术还属于一种新型技术，掌握及生产的厂家较少，机组的价格相对较贵。随着生产规模的扩大，成本降低，磁悬浮冷水机组应用前景良好。

随着人们对环境的日益关注，我们越来越倡导绿色建筑，节约能源和减少CO2排放也越来越被重视。参照此工程，850RT配机减少的CO2的排放量为309T/n，那么试想850RT在整个庞大的空调冷负荷中所占的比重，简直微乎其微，所以发展下去，所能减少的CO2的排放量将是一个可观的数字。

本文重点从运行费用分析了选用磁悬浮冷水机组的经济性，未及采用磁悬浮冷水机组的其它节能点：如减少电流冲击，节省电器投资与维护管理费，减小后备电机的装机容量，以及无油润滑系统节省的机组维护费用等。

空调运行是一个复杂的系统工程，一个好的设计系统最终能否实现，需要科学的运行管理及自控的配合支持。本工程中制冷机房的群控要求比较高，除了常规的控制外，还要求根据负荷的供需情况和机组、水泵、冷却塔等工作曲线由计算机判断出最节能的运行模式，如此才更能体现其高效的工作效率。

因此，磁悬浮冷水机组作为空调冷源，其节能性是非常不错的。当选用磁悬浮冷水机组作为空调冷源时，目前在考虑其节能性的同时，也需考虑其经济性，最好和定频离心式冷水机组配合使用，而磁悬浮冷水机组的容量不宜太大，要根据工程实际情况分析配置变频与定频的比例。

［1］中华人民共和国国家标准《公共建筑节能设计标准》GB[S].50189-2005.

［2］袁秀玲.现代制冷空调理论应用与新技术[M].西安：西安交通大学出版社，2009.

［3］盛学章.麦克维尔磁悬浮冷水机组北美学院显节能效应[J].机电信息，2008，(19).

［4］周子成.变频离心式压缩机冷水机组[J].制冷，2010，29(1).

［5］全国工商联房地产商会，精瑞（中国）不动产研究院.中国绿色低碳住区减碳技术评估框架体系讨论稿节选[J].生态城市与绿色建筑，2010，（春季刊）：30-33.

Economic Analysis of the Magnetic Frequency Drive Centrifugal Water Chillers

Qu Ling-lei1，2
(1.CMC Architecture，INC.，Shanghai 200122，China;2.Shanghai Lixiang Architecture，INC.，Shanghai 200122，China)

The use efficient chiller is an effective way to save energy and reduce emissions.Magnetic frequency drive centrifugal water chillers have higher IPLV.The hospital air conditioning system,according to the changes in status of the refrigeration air conditioning cooling load within 24 hours and even in the whole cooling period,during the condition of the chiller selection analysis and combination with practical project,is analyzed by the simple economic explanation on Magnetic frequency drive centrifugal water chillers as well as calculation of CO2 emission reduction.

hospital air conditioning；integrated part Load value；frequency conversion；economy；reduction emissions

TU831

A

1672-0547（2011）03-0103-02

2011-02-14

屈玲蕾（1982-），女，上海人，美国CMC建筑与规划事务所、上海励翔建筑设计事务所工程设计师。